GSM通信原理.ppt

MA000004GSM通信原理 1 GSM移动通信概述 2 GSM系统结构与接口 3 GSM移动区域与编号计划 4 无线逻辑信道 5 GSM系统技术介绍 课程内容 6 总结回顾及答疑 1 1移动通信发展简史 1 2多址技术 1 3频率复用技术 1 GSM移动通信概述 第一代移动通信系统 代表系统 美国的AMPS 欧洲的TACS采用频分多址 FDMA 模拟调制方式主要缺点频谱利用率低 采用FDMA所致 业务种类有限 采用模拟方式所致 无数据业务 采用模拟方式所致 保密性差 采用模拟方式所致 设备成本高 体积 重量大 采用模拟方式所致 第二代移动通信系统 代表系统 美国的IS 95A CDMA 欧洲的GSM TDMA 日本的JDC采用时分多址 TDMA 或码分多址 CDMA 数字调制方式对第一代移动通信系统缺点的改善频谱利用率低 提高了2倍 GSM 10倍 CDMA 业务种类有限 提供了较丰富的电信业务无数据业务 提供了低速数据业务 最大64Kbit s 保密性差 具有良好的保密性能设备成本高 设备 特别是终端设备 成本大大降低 体积 重量大体积 重量大大减少 第三代移动通信系统 采用码分多址 CDMA 实现移动宽带多媒体通信IMT2000 2000年 在2000M频段实现2000K的数据通信3G对数据通信速率的要求室内环境至少2Mbps室内外步行环境至少384kbps室外车辆运动中至少144kbps卫星移动环境至少9 6kbpsIMT2000推荐的4种制式 WCDMA 欧洲 CDMA2000 美国 TD SCDMA 中国 WiMAXTD SCDMA 中国的第一个国际通信标准 1982年 GSM小组成立 主要目标定位于实现欧洲各国移动通信系统的互联互通1986年 在巴黎 对提出的八个建议系统进行现场试验1987年 确定采用频分双工 窄带时分多址 FDD TDMA 规则脉冲激励 长期预测话音编码 RPE LTP 和高斯滤波最小频移键控 GMSK 调制1988年 十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录 MoU 1989年 GSM标准生效PHASEI 主要定义了900M频段的技术标准PHASEII标准 除了对PHASEI标准进行必要的修正和业务补充外 主要增加了1800M频段的技术标准PHASEII 标准 主要增加了GPRS部分的内容1991年 GSM系统在欧洲正式开通运行 移动通信跨入第二代1994年 GSM进入我国 GSM发展简史 1 1移动通信发展简史 1 2多址技术 1 3频率复用技术 1 GSM移动通信概述 多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相互不干扰常用的方法基本上有三种 频分多址FDMA 时分多址TDMA 码分多址CDMA 多址技术 各用户使用不同的频率 时间 频率 FDMA 频分多址FDMA 时间 频率 TDMA 各用户使用不同的时隙 时分多址TDMA 时间 频率 CDMA 码 各用户使用不同的正交代码序列 码分多址CDMA GSM系统采用了FDMA TDMA混合方式 FDD TDMA GSM系统频率资源 GSM系统频率资源 GSM900 基站收 f1 n 890 n 0 2MHz基站发 f2 n f1 n 45MHz GSM1800 基站收 f1 n 1710 n 511 0 2MHz基站发 f2 n f1 n 95MHz 系统频点配置 1 1移动通信发展简史 1 2多址技术 1 3频率复用技术 1 GSM移动通信概述 频率复用 处在不同位置 不同小区 上的用户可以同时使用相同频率的信道可以极大地提高频谱利用率如果系统设计得不好 将产生严重的干扰 C 1 C 1 f 1 P 0 f 1 P 0 R R D D R 2 3 kD 频率复用距离R 小区半径K 频率复用模式 频率复用 FDMATDMACDMAC I18dB9dB 容量14 610 20 频率复用 15dB 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 K 4 1 1 1 1 2 1 3 4 5 6 7 1 1 K 7 A3 A1 A2 B3 B1 B2 C3 C1 C2 A3 A1 A2 A3 A1 A2 B3 B1 B2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 A3 A1 A2 B3 B1 B2 C3 C1 C2 A3 A1 A2 A3 A1 A2 B3 B1 B2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 A3 A1 A2 B3 B1 B2 C3 C1 C2 A3 A1 A2 A3 A1 A2 B3 B1 B2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 K 3 3x3 小区复用模式 GSM最基本的频率复用模式为4 3频率复用 4 表示4个站点 3 表示每个站点有3个小区由这12个小区组成一个区群同一区群中的各小区 使用的频率不同 1 8 9 2 10 4 6 5 3 7 11 12 R 小区复用模式 1 GSM移动通信概述 2 GSM系统结构与接口 3 GSM移动区域与编号计划 4 无线逻辑信道 5 GSM系统技术介绍 课程内容 2 1GSM系统结构与功能 2 2GSM主要接口 2 GSM系统结构与接口 OMC HLR AUC EIR SMC MSC VLR BSC 其他MSC BTS MS MS BTS BTS MAP接口 A bis接口 A接口 PSTNISDN 2 1GSM系统结构与功能 移动台由SIM卡与机身设备组成 SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息 也含有鉴权和加密实现的信息 固化数据 IMSI Ki 安全算法 A3 A8 临时网络数据 TMSI LAI KC业务相关数据 PIN 个人识别号 PUK机身设备可以是手持机 车载台等 移动台 MS 的功能 接口管理 BTS的管理 操作与维护 支持呼叫控制 切换 话务量统计 无线链路的测量 无线参数及无线资源管理 BSC的功能 BTS受控于BSC 实现BTS与移动台 MS 空中接口的功能 BTS的功能 支持位置登记 越区切换和自动漫游等其它网络功能 MSC的功能 服务于其控制区域内移动用户 存储进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息 VLR的功能 GSM系统的中央数据库 所有移动用户的重要数据都存储在HLR中 包括用户识别号码 访问能力 用户类别和补充业务等数据 以及漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据 HLR的功能 属于HLR的一个功能单元部分 专用于GSM系统的安全性管理 AUC的功能 存储移动设备的国际移动设备识别码 IMEI 通过核查三种表格 白名单 灰名单 黑名单 使得网络具有防止无权用户接入 监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能 EIR的功能 2 1GSM系统结构与功能 2 2GSM主要接口 2 GSM系统结构与接口 A接口 Abis接口和Um接口其中 A接口 Um接口为开放式接口 MS BTS BSC MSC Um接口 Abis接口 A接口 2 2BSS侧主要接口 网路子系统 NSS 与基站子系统 BSS 之间的通信接口物理链路采用标准的2 048Mb sPCM数字传输链路传输话音和七号信令传递的信令包括移动台管理 基站管理 移动性管理 接续管理等 A接口 基站控制器 BSC 和基站收发信台 BTS 之间的通信接口物理链路采用标准的2 048Mb s数字传输链路采用LAPD协议 Abis接口 移动台与基站收发信台 BTS 之间的无线通信接口物理链路为无线链路采用LAPDm协议传递的信令包括无线资源管理 移动性管理和接续管理等 Um接口 MSC F接口 EIR HLR AUC C接口 B接口 VLR D接口 G接口 VLR B接口 MSC E接口 MAP接口 NSS内部接口 1 GSM移动通信概述 2 GSM系统结构与接口 3 GSM移动区域与编号计划 4 无线逻辑信道 5 GSM系统技术介绍 课程内容 哈尔滨 沈阳 天津 乌鲁木齐 兰州 西安 上海 武汉 成都 广州 拉萨 北京 3 1GSM区域定义 3 2编号计划 3 GSM移动区域与编号计划 3 1GSM区域定义 Notmorethan15digits 3digits 2digits IMSI MCC MNC MSIN NMSI MCC 移动国家码 三个数字 如中国为460 MNC 移动网号 两个数字 如中国移动的MNC为00 MSIN 在某一PLMN内MS唯一的识别码 编码格式为 H1H2H3SXXXXXXNMSI 在某一国家内MS唯一识别码 3 2编号计划 IMSI IMSI是GSM系统分配给移动用户 MS 的唯一的识别号 采取E 212编码方式 存储在SIM卡 HLR和VLR中 在无线接口及MAP接口上传送 IMSI分配原则 最多包含15个数字 0 9 例 460002289000168 IMSI TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别 在某一VLR区域内与IMSI唯一对应 TMSI分配原则 包含四个字节 可以由八个十六进制数组成 其结构可由各运营部门根据当地情况而定 TMSI CC CountryCode 国家码 如中国为86 NDC NationalDestinationCode 国内接入号 如139 130等等 SN SubscriberNumberMSISDN的一般格式为86 139 H0H1H2H3ABCD CC NDC SN National significant Mobilenumber Mobilestationinternational ISDNnumber MSISDN MSISDN是指主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码 作用同于固定网PSTN号码采取E 164编码方式存储在HLR和VLR中 在MAP接口上传送例MSISDN 编码格式为CC NDC LSPCC NDC含义同MSISDN的规定 LSP locallysignificantpart 由运营者自己决定E 164编码方式目前在网上MSC与VLR都是合一的 所以MSC Number与VLR Number基本上都是一样的 MSC Number VLR Number 在移动被叫或切换过程中由所在业务区的MSC VLR临时分配 用于寻址VMSC用采取E 164编码方式编码格式为 在MSC Number的后面增加几个字节 MSRN 采取E 164编码方式编码格式为 CC NDC H0H1H2H30000 即为用户号为全零的MSISDNCC NDC含义同MSISDN的规定 HLR Number MCC MobileCountryCode 移动国家码 中国为460 MNC MobileNetworkCode 移动网号 两个数字 如中国移动的MNC为00 LAC LocationAreaCode 是2个字节长的十六进制BCD码 0000与FFFE不能使用 例 460008C90 在检测位置更新时 要使用位置区识别LAI 寻呼移动台是以LAI为单位进行 LocationAreaIdentification MCC MNC LAC LAI CGI是所有GSMPLMN中小区的唯一标识 是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别CI构成的 编码格式为LAI CICI CellIdentity 是2个字节长的十六进制BCD码 可由运营部门自定例 4600017A728FD CGI NCC PLMN色码 用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN 相邻国家要具体协调NCC的配置 BCC BTS色码 用来唯一地识别采用相同载频 相邻的 不同的BTS 取值0 7 例 25 用于移动台识别相邻的 采用相同载频的 不同的基站收发信台 BTS 特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS 基站识别色码BSIC NCC BCC BSIC TAC 型号批准码 由欧洲型号批准中心分配 FAC 最后装配码 表示生产厂家或最后装配所在地 由厂家进行编码SNR 序号码 这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移动设备 SP 备用 为0例 490547403767335 IMEI唯一地识别一个移动台设备 用于监控被窃或无效的移动设备 06 IMEI 15位数字 TAC SP FAC SNR 6个数字 2个数字 6个数字 1个数字 IMEI 1 GSM移动通信概述 2 GSM系统结构与接口 3 GSM移动区域与编号计划 4 无线逻辑信道 5 GSM系统技术介绍 课程内容 4 无线逻辑信道 时隙和帧结构逻辑信道分类逻辑信道组合公共控制信道配置 帧和信道 4 1时隙和帧结构 3bit 57加密bit 57加密bit 3bit 8 25bit 尾比特 尾比特 保护间隔 数据 数据 26bit 1 1 训练序列 偷帧标志 普通突发脉冲序列 NB 用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息 4 1时隙和帧结构 8bit 41同步bit 36加密bit 3bit 68 25bit 尾比特 尾比特 保护间隔 数据 接入突发脉冲序列 AB 用于MS初始化接入 突发脉冲 4 1时隙和帧结构 4 1时隙和帧结构 4 2逻辑信道分类 SDCCH SACCH FACCH TCH F TCH H DCCH TCH 专用信道 下行逻辑信道 4 2逻辑信道分类 SDCCH SACCH FACCH TCH F TCH H DCCH TCH 专用信道 上行逻辑信道 4 2逻辑信道分类 搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息侦听寻呼消息发送接入脉冲信令信道分配呼叫建立话音信道分配通话呼叫释放 FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH 逻辑信道作用举例 4 2逻辑信道分类 TCH F FACCH F SACCH TF 全速率TCH TCH H FACCH H SACCH TH 半速率TCH